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APUNTES DE LA CATEDRA DE UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CHIHUAUHA PETROLOGÍA Y PETROGRAFIA IGNEA FACULTAD DE INGENIERIA
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Segunda parte CAPITULO 3 CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS ÍGNEAS 3.1 Composición química de las rocas ígneas. ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS EN LAS ROCAS ÍGNEAS
ELEMENTO CORTEZA GRANITO BASALTO LUTITA AGUA DE
MAR
Ti 0.57 0.20 0.90 0.40 H=10.8000
Mn 0.10 0.04 0.15 0.80 Cl= 1.9500
C 0.02 0.03 0.01 0.01 Br= 0.0060
Ag 0.005 0.004 0.05 0.001 Na=1.1240
Au 0.00005 0.00005 0.00005 0.00005 S= 0.8450
La mineralogía de una roca ígnea es función de su composición química y de las condiciones de temperatura y presión presentes durante su formación. Así un magma de una composición determinada puede dar lugar a diversas variedades texturales como obsidiana, riolíta felsofirica, riolita porfídica, pòrfido riolítico, granófido, microgranito, granito y pegmatita granítica. Dependiendo de los accidentes en el momento de la intrusión o extrusión del tamaño del cuerpo ígneo y de su historia de enfriamiento podremos determinar el tipo de roca al que corresponda. Así mismo las relaciones genéticas entre rocas ígneas de diferentes composiciones dentro de una misma provincia petrográfica puede ser el resultado de procesos fisicoquímicos tales como la diferenciación, la asimilación o hibridación lo que resulta en tendencias de variación en la composición del magma. En consecuencia la clasificación química de las rocas tiene como objetivo principal el señalamiento de rocas magmáticas y la aplicación de la presencia o ausencia de determinados minerales en rocas que pertenecen a una determinada provincia petrográfica dada. Este tipo de clasificación se basa por supuesto en la composición química global obtenida de cada roca expresada en porcentaje en peso de los óxidos de los elementos mayores. De ahí resulto un primer problema: si bien una cierta asociación mineralogica corresponde a una sola composición química, la reciproca no es cierta es decir, a una composición química dada puede corresponder varias asociaciones mineralogicas.
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3.2. LOS MINERALES FORMADORES DE LAS ROCAS ÍGNEAS Minerales Primarios: Se forman en el momento en que la roca; cristaliza, se litifica o se transforma sin fundirse, esto significa que puede ser una roca ígnea, sedimentaria o metamórfica respectivamente. Un mineral primario es el formador de la roca original y se divide en dos categorías; Esenciales y accesorios.Son los que se forman con la roca original. Esenciales: Son los más abundantes de la roca, ocupan más del 90% del volumen total y en ocasiones el 100%. dan el nombre principal de la roca. Por ejemplo: Granito, andesita, etc. Accesorios: Ocupan menos del 10% del volumen total de la roca. Solo dan ciertas características a la roca pero no las suficientes para cambiarles el nombre. Un granito puede no tener accesorios pero sigue siendo granito. Su presencia o ausencia no modifica el nombre de la roca. A lo sumo, en caso de abundancia, le daría el nombre a la variedad, v.g.: Granito de biotita. Minerales Secundarios: Se forman después de que la roca ha sido generada en primera instancia. Se forman en segundo lugar, pueden penetrar en la roca ya formada a través de fracturas, huecos o zonas de debilidad pero también pueden originarse “ in situ” a partir de la alteración de los minerales originales. Son minerales formados posteriormente a la consolidación de la roca: – Por alteración, como la clorita a expensas de la biotita – Por introducción, en fisuras o cavidades, como la calcita o las zeolitas.
Característicos Raros
Característicos Raros
SECUNDARIOS (Se emplazan o se forman después)
Se consideran como minerales de alteración
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GRUPO DE LA SÍLICE
GRUPO DE FELDESPATOS
Oligoclasa Ab80An20
Andesina Ab60An40
Labradorita Ab40An60
Bitownita An20An80
Anortita=An CaAl2Si2O8
3.2.2 MINERALES PRIMARIOS ACCESORIOS CARACTERÍSTICOS DE LAS ROCAS IGNEAS *Los más comunes
Fosterita Mg2SiO4
Olivino (MgFe)SiO4
Fayalita FeSiO3
Monicellita CaSiO3
GRUPO DE OLIVINOS
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3.3 PROBLEMAS PARA LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS IGNEAS Una clasificación es el agrupamiento de conjuntos en clases o tipos con características comunes. Es un método que introduce orden y simplicidad en la complejidad de la Naturaleza. La clasificación será fiel si la selección es de conjuntos naturales preexistentes al análisis. La clasificación será artificial si no responde a ese criterio de realidad
Enstatita MgSiO3
Hiperstena (MgFe)SiO4
Pigeonita Ca0.25(MgFe)1.75Si2O6
Diopsido CaMgSi2O6
Hedenbergita CaFeSi2O6
OTROS
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En la petrografía debemos introducir divisiones arbitrarias y la forma de transición es común pues entre dos tipos extremos de rocas pueden existir muchas formas intermediarias. Existe un gran número de clasificaciones de las rocas ígneas. Por ejemplo; Clasificación basada en rasgos observables en el terreno. Rocas intrusivas o plutónicas, formadas a gran profundidad. Rocas hipabisales, o de profundidad media, que pueden estar relacionadas con procesos plutónicos o volcánicos. Rocas extrusivas, efusivas o volcánicas, solidificadas en superficie. Figura 96 CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS ÍGNEAS POR SU OCURRENCIA Y SU COMP. MINERALOGICA
COMPOSICION QUIMICA
INTERMEDIAS SATURADAS 0 A 5% Q
BASICAS 0% Q
MINERALOGIA Fk>Pl Fk=Pl Fk<Pl PlNa Fk>Pl FK=Pl Fk<Pl PlNa PlCa Foides
Riolita Latita
de cuarzo
Riodaci ta
Dacita Traqui
ta Latita
Traqui- andesi
Grano- diorita
Extrusivas
Intrusivas
Plutónicas
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Clasificaciones basadas en la composición química y la mineralogía Figuras 98, 99 y 100 Clasificación de Lacroix (1933) DIVISIONES: A) ROCAS FELDESPÁTICAS SOBRESATURADAS (CON CUARZO PRIMARIO ABUNDANTE) SATURADAS (SIN CUARZO NI FELDESPATOIDES) SUBSATURADAS (CON FELDESPATOIDES) FAMILIAS A) ROCAS FELDESPÁTICAS a) Familia Alcalina (sólo con feldespatos alcalinos, micas y anfíboles) b) Familia calco alcalina (con feldespatos alcalinos y plagioclasas sódico cálcicas anfíboles y piroxenos) c) Familia calco sódica (sólo con plagioclasas calco sódicas, piroxénos y olivinos) SUB FAMILIAS
EXTRUSIVA
ULTRABASICAS BASICAS INTERMEDIAS ROCAS ACIDAS
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Família alcalina a.1) Sub família potásica (Or > Ab) a.2) Sub fam.sódico-potásica (Or = Ab) a.3) Sub família sódica (Or < Ab) Família calco-alcalina b.1) Sub família potásica (Or > Pla) b.2) Sub fam.monzonítica (Or = Pla) b.3) Sub fam.granodiorítica (Or < Pla) Família calco-sódica c.1) Subfamília oligo-andesína (PlNa) c.2) Subfamília labradorita-anortita (PlCa) B) ROCAS FELDESPATÓIDICAS (FELDESPATOIDES Y MAFICOS) GRUPO % MAFICOS • Hololeucocrático 0 a 5 • Leucocrático 5 a 35 • Mesocrático 35 a 65 • Melanocrático 65 a 95 • Holomelanocrático 95 a 100
3.4 Clasificación química de las rocas ígneas. Una clasificación química para las rocas ígneas se basa en su análisis químico global, expresado en porcentaje en peso de los óxidos de los elementos mayores. Por lo general no son más de una docena, incluyendo el agua. Una clasificación química señala relaciones magmáticas. A una asociación mineralógica dada corresponde una sola composición química. El recíproco no necesariamente se cumple, pues a una composición química dada pueden corresponder varias asociaciones mineralógicas. La clasificación química: Explica la presencia o ausencia de determinados minerales en rocas que pertenecen a una provincia petrográfica dada.
Permite delimitar provincias petrográficas, al aplicarla a estudios regionales.
Su composición química global señala relaciones magmáticas.
Señala las condiciones de temperatura y presión durante su formación.
Un magma de una composición química determinada puede dar lugar a diversas variedades texturales, dependiendo de accidentes en la extrusión o intrusión, tamaño del cuerpo ígneo e historia de enfriamiento. Para resolver este problema se crearon los conceptos de “modo” y “norma”.
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3.5 La Moda y el calculo de la Norma CIPW Modo o composición modal es la asociación mineralógica especial de una roca dada. Norma o composición virtual es un cálculo realizado a partir del análisis químico, siguiendo reglas fijas. Con él se obtienen ciertos minerales patrones, que no son necesariamente los de las rocas. Este método denominado así por las iniciales de sus creadores Cross, Iddings, Pirsson y Washington, consiste en construir a partir de los resultados del análisis químico cuantitativo de una roca dada, una norma que reposa en la constitución de ciertos minerales patrones obteniéndose lo que se denomina composición virtual. El cálculo de la norma se efectúa siguiendo un método riguroso que prevé todos los casos posibles pero que no autoriza iniciativa alguna al petrógrafo que la realiza de hecho esta actividad la realiza la computadora y los resultados se acompañan con los análisis químicos. El primer paso consiste en transformar los porcentajes peso de los óxidos dados por el análisis químico en porcentajes moleculares. Los porcentajes indican las proporciones moleculares de esos óxidos en la roca, dicha transformación “se efectúa dividiendo el porcentaje en peso de cada óxido entre su peso molecular correspondiente”. En el segundo paso se calcular, por ejemplo, las proporciones de los minerales que se enumeran a continuación: Apatita Ortoclasa Albita Anortita Corindón Magnetita Hiperstena: Enstatita Ferrosilita Si hay exceso de sosa se forma además Aegirina y en casos extremos un meta silicato de Na. Se deja para más tarde el cálculo de la sílice, para aquellos minerales que la contienen. Tercer paso.-Se reparte la sílice efectivamente presente en los minerales que la contienen y se pueden presentar tres casos: Cuando esta exactamente saturada de SiO2; Se termina el cálculo Cuando el SiO2 esta en exceso: Se contabiliza como cuarzo Cuando presenta SiO2 deficitaria: Se tienen que modificar los cálculos , de acuerdo con las siguientes reglas: Se deducen las cantidades necesarias de FeO y MgO para formar diópsido con la cal no feldespatizable
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Se transforma una parte de la hiperstena restante en olivino, conservando las proporciones iniciales de MgO y FeO. Si el déficit en sílice no se elimina aún, se transforma una parte de la albita a nefelina. En caso de continuar dicho déficit, parte de la ortoclasa se convierte en leucita. Si continúa aún, se forma monticellita, a partir de la wollastonita, y kaliofilita, a partir de la leucita. Si se presenta exceso de alúmina, se calcula como corindón Para obtener el número molecular se divide el % peso entre el peso molecular. Para obtener el peso molecular de un mineral: Peso molecular apatita = (142)(1)+(56)(3) = 310 Peso molecular ortoclasa = (94)(1)+(102)(1)+(60)(6) % de mineral = porciones moleculares por peso molecular. Por ejemplo, se pueden calcular los minerales normativos siguientes Apatita 3(CaO) . P2O5 Ortoclasa K2O. Al2O3 . 6SiO2
Albita Na2O . Al2O3 . 6SiO2
Anortita CaO . Al2O3 . 2SiO2 Corindón Al2O3 Magnetita FeO . Fe2O3 Hiperstena: Enstatita (MgO.FeO)2SiO2 Ferrosilita Cuarzo SiO2
Minerales normativos Son minerales simples y anhidros Algunos se encuentran realmente en las rocas (cuarzo. ortoclasa, plagioclasas etc.) Otros no existen comúnmente en las rocas, como la kaliofilita, halita y tenardita Algunos minerales comunes han sido excluidos por su composición compleja (augita, hornblenda y micas). Los minerales normativos se dividen en dos grupos: Grupo Sálico: Minerales ligeros y claros Grupo Fémico: Minerales pesados y oscuros En la tabla siguiente se representan los pesos moleculares de los principales minerales normativos del grupo sálico (minerales esenciales en general) y el grupo máfico (minerales accesorios)
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Ejemplo
60132172232102278524556310PESO MOLECULAR de cada mineral
0.4830.0080.0060.0070.0030.0180.0500.0610.001PORCION Minima MOLECULAR
No. Molecular = % en peso / Peso Molecular (masa atomica).
Peso Molecular de cada mineral = Suma de los pesos de sus moleculas.
Porcentajes Normativos = Porcion Molecular X Peso Molecular Porciento total = 98.42 Porciento de primarios esenciales = 94.10
Q = 30.797 FK = 36.046 CLASIFICACION DE STRECKEISEN……………………………
Pl = 33.156
METODO CIPW (ANALISIS DE LA NORMA)
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3.6 CLASIFICACIÓN MINERALOGICA DE STRECKEISEN-IUGS Figura 101 3.7 FORMATO PARA LA DESCRIPCION DE UN ESTUDIO PETROGRAFICO (Ejemplo) Figura 102 Valores aceptados para la clasificación de las rocas ígneas extrusivas Figura 103
PORCENT. NORMATIVOS (% de c/mineral en la rc.)
PESO MOLECULAR de cada mineral
PORCION Minima MOLECULAR
Q =
Pl =
TAREA
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CAPITULO 4 L A S S E R I E S M A G M A T I C A S 4.1 Series de las rocas ígneas o Series magmáticas. Definición. Una serie magmática es un conjunto de rocas relacionadas en espacio y tiempo con caracteres químicos y mineralógicos comunes. Tal afinidad química y mineralógica señala que todas esas rocas se han derivado de una fuente común, llámese magma o cualquier otro tipo de fenómeno geológico. Se ha encontrado que las rocas más pobres en SiO2 son las más cercanas a la composición del magma original. Existen cinco series magmáticas principales, tres de ellas muy comunes en la superficie de la tierra y dos que no son tan evidentes. Las principales series son: toleítica, alcalina y calco alcalina y las otras dos son la transicional y la shoshonitica. Las rocas ígneas de una región dada pueden constituir asociaciones petrográficas de diversos tipos. El concepto de serie magmática o serie de rocas ígneas nació de las proporciones relativas de sus miembros. La Tectónica de Placas ha ayudado a la determinación de dos aspectos importantes de las rocas ígneas;
La formación de los magmas por fusión parcial ya sea en el manto o en la corteza y Los factores que gobiernan la distribución mundial de la actividad ígnea. Una serie magmática se podrá distinguir por su posición y origen.
KUNO (1960) Clasificación para los basaltos ricos en Al2O3 > 17 % caen en el campo calco alcalino y están asociados a las andesitas. Se pueden clasificar utilizando el diagrama Na2O + K2O / Al2O3. Varios modelos para la generación y fraccionamiento del magma en la corteza terrestre GENERACIÓN DEL MAGMA DIFERENCIACIÓN FRACCIONAMIENTO
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Figuras 103, 104 y 105 Relación entre el echado de subducción y la localización de varios tipos de roca ígnea. Las graficas de variación de K2O / SiO2 muestran líneas de tendencia típicas de asociaciones cálcicas, calcialcalinas y álcali cálcicas A, B y C respectivamente. La profundidad y la distancia de penetración estan dadas en Km. Figura 106 CA = CALCOALCALINO KCA = CALCOALCALINO RICO EN K AC = ALCALICALCICO A = ALCALINO O ALCALICO GREEN Y RINGWWOOD 1976-1883. Los diferentes tipos de magmas provienen un manto de composición pirolítica (una parte de basalto por tres de
CLASIFICACION DE LOS MAGMAS PRIMARIOSCLASIFICACION DE LOS MAGMAS PRIMARIOS
POR SU POSICION Y ORIGENPOR SU POSICION Y ORIGEN
KUNO. (1960); KUNO. (1960); ExistenExisten trestres magmas magmas primariosprimarios a a partirpartir de un de un mantomanto peridotiticoperidotitico queque se se
generangeneran en en funcionfuncion de la profundidad, de de la profundidad, de acuerdoacuerdo con con susu ubicacionubicacion tectonicatectonica..
YODER Y TILLEY. (1962); YODER Y TILLEY. (1962); OriginalmenteOriginalmente todostodos los magmas son los magmas son igualesiguales ( ( peridotiticosperidotiticos ). ).
Su Su diferenciadiferencia dependedepende de de dondedonde sucedesucede la la diferenciaciondiferenciacion. O sea . O sea queque intervieneinterviene la la
profundidad profundidad peropero tambientambien el el sitiositio dondedonde ocurreocurre la la diferenciaciondiferenciacion; ; MantoManto Superior, Superior,
ContactoContacto mantomanto--cortezacorteza, o Corteza , o Corteza OceanicaOceanica..
T CA A
P E R I D O T I T A
MANTO INFERIOR
MANTO SUPERIOR
CORTEZA OCEANICA
DIFERENCIACION DEL MAGMA
Y FRACCINAMIENTO CONTINUO
DURANTE EL ASCENSO
A CA T
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peridotita). La composición del magma resultante estará determinada por el grado de fusión parcial (liquido) y la presión (profundidad) a la que el magma se separa de su residuo sólido. Un alto grado de fusión parcial (abundante liquido) favorece los magmas toleiticos mientras que un porcentaje menor de magma fundido producirá magmas alcalinos. Los diferentes tipos de magmas se pueden modificar posteriormente por cristalización fraccionada al ascender hacia la superficie. Variación de la composición mineralogica de la “pirolita” según la presión (profundidad). Si varia la presión entonces variara: El grado de fusión parcial. La composición del líquido magmático La composición mineralógica
Figura 107 Según Ringwood 1974, las Toleítas de subducción se forman por la fusión parcial de la corteza oceánica inducida por la deshidratación de las anfibolitas. Los magmas calco alcalinos son debidos a la fusión parcial de la corteza oceánica descendente transformada en eclogita mezclada con el manto sobre yacente, posteriormente hay un fraccionamiento. Esta serie también puede implicar una fusión de la corteza continental y una reacción entre ellas. La serie shoshonitica probablemente se origina en la parte mas profunda del plano de Benioff donde la roca esta deshidratada. Figura 108
SUB SOLIDO
25% LIQ SOLIDO
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4.2 LOS DIAGRAMAS DE VARIACIÓN Una roca ígnea se debe definir por: a) Composición mineralógica b) Composición química c) Composición normativa. REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS ROCAS IGNEAS Los diagramas de variación son esquemas de comparación de porcentajes que presentan los diferentes compuestos de las rocas ígneas. Se comparan generalmente óxidos metálicos con respecto a la cantidad de sílice total en un compuesto de muestras. Para caracterizar por completo a una serie magmática es necesario relacionar la evolución de la concentración de los elementos mayores y menores con la composición mineralógica. Los diagramas de variación examinan los cambios que experimentan los elementos o sus óxidos en un sistema dado. Diagramas de Harker: Comparan los contenidos en sílice respecto de los demás óxidos, porque las rocas más pobres en SiO2 estarían más cerca de la composición del magma original. 1.- Para distinguir rocas alcalinas y sub alcalinas. Figura 109
6 5 4 3 2 1
Alcalinas
Subalcalinas
Pl > Al = calcoalcalinas < Al = alcalinas
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Figura 110 Diagramas AFM: Determina si durante el curso de la cristalización una serie magmática sigue la tendencia de Bowen o la de Fenner. Los Diagrama AFM se utilizan frecuentemente para distinguir entre rocas toleíticas y calco alcalinas. Diagrama Ne’ - Q’- Ol’ Para propósitos generales, en donde: Ne’= Ne + 3/5 Ab Q’ = Q + 2/5 Ab + 1/4 Opx Ol’ = Ol + 3/4 Opx Figura 111
Basalto de olivino
Basalto
Toleitico
Sobresaturado
50
En
Pig
OL.
Q
Ne
Ne = Silicato de sodio feldespatoide OL = Silicato de hierro Basalto = Rocas con feldespatoides, Fe y Mg.
Calco alcalinos
40 50 60 70
MgO + K2O
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Diagrama CNP* / Al2O3 Para los basaltos Diagrama CNP* / ICN** Para los miembros de las tres series, en donde: CNP* = Composición normativa de la plagioclasa = 100An / An + Ab + 5/3 Ne ICN** = Índice de color norma = Ol + Opx + Cpx + Mt + Ilm + Hm Diagrama SiO2 - NaAlSiO4 - KAlSiO4: Expresa la evolución del residuo de una cristalización fraccionada.
1000° 1300° 900°
Albita NaAlSi3O8
100% Ca
1350
1185°
1550°
1300
1250
1450
1310
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4.3 DIVERSIDAD DE LOS BASALTOS Los basaltos son las rocas volcánicas más abundantes de la superficie terrestre. Sus…